DE3301656A1 - Anordnung zum simulieren elektrischer bauelemente - Google Patents

Anordnung zum simulieren elektrischer bauelemente

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DE3301656A1
DE3301656A1 DE19833301656 DE3301656A DE3301656A1 DE 3301656 A1 DE3301656 A1 DE 3301656A1 DE 19833301656 DE19833301656 DE 19833301656 DE 3301656 A DE3301656 A DE 3301656A DE 3301656 A1 DE3301656 A1 DE 3301656A1
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DE19833301656
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Rodney James Swinden Wiltshire Lawton
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Plessey Overseas Ltd
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Plessey Overseas Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H19/00—Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
    • H03H19/004—Switched capacitor networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/46—One-port networks
    • H03H11/48—One-port networks simulating reactances
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/46—One-port networks
    • H03H11/48—One-port networks simulating reactances
    • H03H11/481—Simulating capacitances

Description

PRINZ, BUNKE.& PARTNER.. 3301655
Patentanwälte Eilro'poiän- C'atent t AUo/neys " .
München ""**"" "'Stuttgart**
Plessey Overseas Ltd. 19. Januar 1983
Vicarage Lane
Ilford, Essex /England
Unser Zeichen: P 2479
Anordnung zum Simulieren elektrischer Bauelemente
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Simulieren elektrischer Bauelemente.
Es ist bekannt, daß ein elektrisches Bauelement simuliert werden kann, und solche simulierten Bauelemente finden • . Anwendung in aktiven Integratoren und Filtern, in denen exakt steuerbare Frequenzgänge benötigt werden.
. Eine bekannte Form eines simulierten Bauelements ist ein simulierter elektrischer Widerstand, der mittels einer Schaltung mit sogenannten geschalteten Kondensatoren gebildet worden ist. In diesem Zusammenhang kann auf zwei Veröffentlichungen von R. Gregorian sowie von W.E. Nicholson Jnr. und R. Gregorian mit den Titeln "Filtering techniques with switched-capacitor circuits" und "MOS sampled-data high-pass filters using switched-capacitor integrators" hingewiesen werden, die in "Microelectronics Journal", Band 11, Nr. 2, Seiten 13 bis 25 erschienen sind.
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Ein Problem bei den erwähnten Schaltungen mit geschalteten Kondensatoren besteht darin, daß sie sich in erster Linie für eine Herstellung unter Verwendung der . MOS-Technologie, nicht jedoch allgemein für die Bipolat-Technologie eignen. Bipolare Schaltungsvorrichtungen müssen benützt werden, wenn höhere Schaltfrequenzen erforderlich sind, wie es beispielsweise bei HF-Anwendungen im MHz-Bereich der Fall ist.
2Q Mit Hilfe der Erfindung soll eine Anordnung zum Simulieren elektrischer Bauelemente geschaffen werden, die unter Anwendung der Bipolar-Technologie hergestellt werden kann.
Nach der Erfindung ist eine Anordnung zum Simulieren elektrischer Bauelemente mit einem ersten Schaltungspunkt, einem zweiten Schaltungspunkt und einem dritten Schaltungspunkt gekennzeichnet durch einen ersten Kondensator, der zwischen dem zweiten Schaltungspunkt und einem Bezugspotential liegt, einen zweiten Kondensator, der zwischen dem dritten Schaltungspunkt und einem Bezugspotential liegt, einen zwischen dem ersten Schaltungspunkt und dem dritten Schaltungspunkt liegenden Widerstand, einen ersten elektrischen Schalter, der im geöffneten Zustand den ersten Schaltungspunkt vom zweiten Schaltungspunkt elektrisch trennt und im geschlossenen Zustand den ersten Schaltungspunkt mit dem zweiten Schaltungspunkt elektrisch verbindet, einen zweiten elektrischen Schalter, der im offenen Zustand den zweiten Schaltungspunkt elektrisch vom dritten Schaltungspunkt trennt und im geschlossenen Zustand den zweiten Schaltungspunkt mit dem dritten Schaltungspunkt elektrisch verbindet, wobei der eine der beiden Schalter geöffnet ist, während der andere geschlossen ist, und eine Vorrichtung zum Umkehren der Zustände der beiden Schalter synchron zueinander mit vorbestimmter Geschwindigkeit, so daß als Reaktion auf einen vorbestimmten, dem ersten Schaltungspunkt zugeführten Strom
an diesem Schaltungspunkt ein zeitlich ansteigendes Potential auftritt.
Das ansteigende Potential am ersten Schaltungspunkt simuliert dabei die Wirkung der Anlegung eines Stroms zum Aufladen eines an den ersten Schaltungspunkt angeschlossenen Kondensators.
Zwischen dem ersten Schaltungspunkt und dem ersten 2Q Schalter kann ein Pufferverstärker liegen.
Zwischen dem zweiten Schaltungspunkt und dem zweiten Schalter kann ein zweiter Pufferverstärker liegen.
2g Ein Widerstand kann direkt an den ersten Schaltungspunkt angeschlossen sein, und er kann mit dem dritten Schaltungspunkt über einen dritten Pufferverstärker in Verbindung stehen.
2Q Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung zum Simulieren elektrischer Bauelemente nach Anspruch 1,
Fig. 2 ein erläuterndes Signaldiagramm und
Fig. 3 ein unter Anwendung der Simulatoranordnung von Fig. 1 aufgebautes Filter.
In Fig. 1 führt eine einen ersten S.chaltungspunkt des Simulators bildende Eingangsklemme 1 über einen Pufferverstärker 2 mit dem Verstärkungsfaktor 1 und über einen Schalter 3 einen Eingangsstrom zu, der einen Kondensator 4 auflädt, der eine an einen zweiten Schaltungspunkt 5 des Simulators angeschlossene erste Klemme und eine an das Massebezugspotential angeschlossene zweite Klemme aufweist.
Der Schalter 3 kann zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand umgeschaltet werden. Im offenen Zustand trennt er den Schaltungspunkt 1 und den Schaltungspunkt 5 elektrisch voneinander, während er im geschlossenen Zustand das Aufladen des Kondensators über den Pufferverstärker 1 zuläßt.
Der zweite Schaltungspunkt-5 ist über einen zweiten Pufferverstärker 6 mit dem Verstärkungsfaktor 1 und 2Q über einen Schalter 7 mit einem dritten Schaltungspunkt 8 gekoppelt, mit dem auch eine Klemme eines zweiten Kondensators 9 verbunden ist, dessen zweite Klemme an Masse liegt.
5 Eine Klemme eines Widerstandes 10 ist am ersten Schaltungspunkt 1 angeschlossen, und die zweite Klemme dieses Widerstandes ist über einen dritten Pufferverstärker 11 mit dem Verstärkungsfaktor 1 am dritten Schaltungspunkt 8 angeschlossen.
Die Schalter 3 und 7 sind so angeordnet, daß im geöffneten Zustand des Schalters 3 der Schalter 7 geschlossen ist und umgekehrt; die Zustände dieser Schalter werden mit vobestimmter Geschwindigkeit mittels eines Taktsignals umgekehrt, das an einen Takteingang 12 angelegt wird, der die Schalter 3 und 4 über Verbindungen taktgesteuert betätigt, die durch gestrichelte Linien 13 bzw. 14 dargestellt sind.
Bei Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 sei angenommen, daß am Zeitpunkt t = 0 die Kondensatoren 4 und ungeladen sind und daß der Schalter 3 geschlossen ist, während der Schalter 7 offen ist. Ferner sei angenommen, daß an diesem Zeitpunkt ein an der Linie (a) von Fig. 2 angegebener Strom I, an die Eingangsklemme 1 angelegt wird, die den ersten Schaltungspunkt der Simulatorschaltung darstellt.
Der Strom I1 fließt durch den Widerstand 10, und das Potential an der Eingangsklemme 1 wird AV = I1nRj wobei R der Widerstandswert des Widerstandes 10 ist.
Dabei lädt sich auch der Kondensator 4 auf, so daß
der zweite Schaltungspunkt 5 das gleiche Potential AV wie die Eingangsklemme 1 annimmt.
Es sei nun angenommen, daß nach einer Zeitperiode At das Taktsignal an den Takteingang 12 angelegt wird,
jQ so daß die Schalter 3 und 7 umgeschaltet werden, was dazu führt, daß der Schalter 3 offen und der Schalter 7 geschlossen ist. Das Potential am Schaltungspunkt 5 bleibt nun auf dem Wert AV, und das Potential am
Schaltungspunkt 8 , nämlich das des Kondensators 9,
nimmt ebenfalls den Wert AV an. Das Potential der Eingangklemme 1 nimmt nun wegen der über den Pufferverstärker 11 und den Widerstand 10 führenden Verbindung zwischen dem Schaltungspunkt 8 und der Eingangsklemme T einen neuen Wert an, der IIN R+ AV, also gleich 2 AV ist*
Das an den Takteingang 12 angelegte Taktsignal bewirkt ein fortgesetztes Umschalten der Schalter 3 und 7 nach aufeinanderfolgenden Zeitperioden At, und das Potential der Eingangsklemme 1 steigt daher nahezu
linear in Stufenform gemäß der Linie (b) von Fig. 2
an.
Die mittlere Geschwindigkeit des Potentialanstiegs an der Eingangsklemme 1 ist durch folgende Gleichung gegeben:
äZ _ ll^i -TRF.
dt ~ At " 1IN R *c'
in dieser Gleichung ist F die Frequenz des an den
Takteingang 12 angelegten Taktsignals, und At ist die Taktperiode.
3301bbö
Da gilt: I = C · dv/dt, wobei C die Kapazität ist, simuliert die Schaltungsanordnung von Fig. 1 einen an die Eingangsklemme 1 angeschlossenen Kondensator, und der Kapazitätswert dieses simulierten Kondensators ist g-egeben durch
C = RF~
c
Der mit Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Simulator simuliert einen Kondensator, dessen Kapazitätswert unabhängig von den Kondensatoren 4 und 9 ist, die im Simulator verwendet werden. Der Kondensator hat einen Kapazitätswert, der nur vom Wert des Widerstandes 10 und von der Frequenz des zum Takten der Schalter 3 und 7 angelegten Taktsignals abhängt.
Es ist möglich, einen oder alle Pufferverstärker wegzulassen, doch würde unter diesen Umständen der Wert der simulierten Kapazität verändert und von den Kapazitätswerten der Kondensatoren 4 und 9 abhängig.
Der simulierte Kondensator kann zur Bildung eines aktiven Integrators oder eines aktiven Filters verwendet werden, indem die Eingangsklemme 1 an weitere Bauelemente, beispielsweise einen zusätzlichen Widerstand zur Bildung eines Filters oder an einen weiteren Pufferverstärker zur Bildung eines Integrators angeschlossen wird.
in Fig. 3 ist ein Filter dargestellt, das dadurch gebildet ist, daß dem in Fig. 1 dargestellten und durch das gestrichelt angegebene Kästchen 15 dargestellten simulierten Kondensator Strom über einen zusätzlichen Widerstand 16 mit dem Wert R zugeführt wird. Der 3dB-Punkt des Frequenzgangs dieses Filters ist durch folgende Gleichung gegeben:
RFc
0I
Die 3dB-Frequenz hängt daher vom Verhältnis des Werts des Widerstandes R und des Widerstandes 10 des Kapazitätssimulators und von der Taktfrequenz ab; sie ist dagegen unabhängig von den Werten der Kondensatoren 4 und
Mit. Hilfe der Erfindung kann daher ein programmierbares Filter mit genauem Frequenzgang unter Verwendung der Bipolar-Technologie aufgebaut werden.
Es ist zu erkennen, daß die Erfindung nicht auf eine Ausführung in der Bipolar-Technologie beschränkt ist, sondern auch unter Verwendung der MOS-Technologie angewendet werden kann.
Leerseite

Claims (5)

  1. Palentanwälte European ^ΓΉ'.θηζ Attprrjeys ;
    München * Stuttgart
    Plessey Overseas Ltd. 19. Januar 1983
    Vicarage Lane
    Ilford, Essex /England
    Unser Zeichen: P 2479
    Patentansprüche
    Anordnung zum Simulieren elektrischer Bauelemente mit einem ersten Schaltungspunkt, einem zweiten Schaltungspunkt und einem dritten Schaltungspunkt, gekennzeichnet durch einen ersten Kondensator, der zwischen dem zweiten Schaltungspunkt und einem Bezugspotential liegt, einen zweiten Kondensator, der zwischen dem dritten Schaltungspunkt und einem Bezugspotential liegt, einen zwischen dem ersten Schaltungspunkt und dem dritten Schaltungspunkt liegenden Widerstand, einen ersten elektrischen Schalter, der im geöffneten Zustand den ersten Schaltμngspunkt vom zweiten Schaltungspunkt elektrisch trennt und im geschlossenen Zustand den ersten Schaltungspunkt mit dem zweiten Schaltungspunkt elektrisch verbindet, einen zweiten elektrischen Schalter, der im offenen Zustand den zweiten Schaltungspunkt elektrisch vom dritten Schaltungspunkt trennt und im geschlossenen Zustand den zweiten Schaltungspunkt mit dem dritten Schaltungspunkt elektrisch verbindet, wobei der eine der beiden Schalter geöffnet ist, während der andere geschlossen ist, und eine Vorrichtung zum Umkehren der Zustände der
    Srhw/bl
    υ ι υου
    beiden Schalter synchron zueinander mit vorbestimmter Geschwindigkeit, so daß als Reaktion auf einen vorbestimmten, dein ersten Schaltungspunkt zugeführten Strom an diesem Schaltungspunkt ein zeitlich ansteigendes Potential auftritt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Pufferverstärker zwischen dem ersten Schaltungspunkt und dem ersten Schalter.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Pufferverstärker zwischen dem zweiten Schaltungspunkt und dem zweiten Schalter.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Pufferverstärker, der in Serie mit dem Widerstand zwischen den ersten und den dritten Schaltungspunkt eingefügt ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand direkt an den ersten Schaltungspunkt und an den dritten Schaltungspunkt über den in Serie geschalteten Pufferverstärker angeschlossen"ist.
DE19833301656 1982-01-20 1983-01-19 Anordnung zum simulieren elektrischer bauelemente Withdrawn DE3301656A1 (de)

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GB (1) GB2113499B (de)

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Also Published As

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JPS58131811A (ja) 1983-08-05
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GB2113499A (en) 1983-08-03
GB2113499B (en) 1985-05-01
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